光熱發(fā)電的生產(chǎn)過(guò)程與普通火力發(fā)電廠類(lèi)似,是通過(guò)太陽(yáng)能集熱裝置收集熱能,替代鍋爐將水加熱成蒸汽,送入汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。相對(duì)光伏發(fā)電而言,光熱發(fā)電的設(shè)備、系統(tǒng)和技術(shù)顯得較為復(fù)雜。但光熱發(fā)電也具有明顯的優(yōu)勢(shì):
一是熱能可以比較容易地儲(chǔ)存,克服夜晚和天氣的影響,提高電能質(zhì)量;
二是可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn),提高太陽(yáng)能的綜合利用效率;
三是可以通過(guò)提高主蒸汽參數(shù)(溫度和壓力)的方式,大幅度提高發(fā)電熱效率;
四是太陽(yáng)能光熱發(fā)電設(shè)備使用的是普通材料,可以實(shí)現(xiàn)裝備制造和發(fā)電的全過(guò)程清潔環(huán)保。
對(duì)于第一個(gè)優(yōu)勢(shì),由于儲(chǔ)熱系統(tǒng)及熱交換裝置造價(jià)較貴,進(jìn)一步增加了光熱發(fā)電設(shè)備的投資費(fèi)用,而其他優(yōu)勢(shì)是實(shí)實(shí)在在的。
目前發(fā)電用太陽(yáng)能集熱裝置主要有四種類(lèi)型:槽式、碟式、塔式和菲涅爾式。這四種類(lèi)型全部為聚焦型(線(xiàn)聚焦或點(diǎn)聚焦)集熱裝置,其中菲涅爾式實(shí)際上是槽式和塔式的綜合技術(shù)。根據(jù)世界上主流產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能,槽式和菲涅爾式是線(xiàn)聚焦集熱裝置,由于聚光比不大,其出口介質(zhì)參數(shù)受到一定的限制,塔式和碟式是點(diǎn)聚焦集熱裝置,可以實(shí)現(xiàn)很高的介質(zhì)溫度,但塔式集熱裝置的造價(jià)非常昂貴,而碟式集熱裝置一般與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用,單位容量成本更為高昂。在太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域較為普及運(yùn)用的還是槽式和菲涅爾式。
太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)比光伏發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)出現(xiàn)得更早,但產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面,究其原因,主要有以下問(wèn)題:
1、設(shè)備、系統(tǒng)和技術(shù)復(fù)雜;
2、投資費(fèi)用高昂,單位容量造價(jià)高;
3、設(shè)備利用小時(shí)少;
4、發(fā)電效率低。
這些問(wèn)題最終都反映在經(jīng)濟(jì)性方面。
當(dāng)前太陽(yáng)能光熱發(fā)電主流技術(shù)面臨的主要問(wèn)題是:
1、采用大容量的儲(chǔ)熱設(shè)施,儲(chǔ)熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油或熔鹽)作為一次吸熱介質(zhì),經(jīng)二次熱交換加熱介質(zhì)水,產(chǎn)生蒸汽去汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。顯然,這增加了設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜性,導(dǎo)致投資費(fèi)用大大增加,且由于二次換熱溫差的存在,也降低了發(fā)電熱效率。另外,太陽(yáng)能集熱裝置收集的熱量必須一部分用于儲(chǔ)存,一部分用于當(dāng)即發(fā)電,為滿(mǎn)足發(fā)電容量需要,就必須增加集熱裝置的容量裕度(甚至增加一倍以上),也導(dǎo)致集熱裝置的投資大大增加。
2、槽式或菲涅爾式太陽(yáng)能集熱裝置采用水平布置(集熱管水平安裝)。對(duì)于高緯度地區(qū),太陽(yáng)光線(xiàn)傾斜角很小,與理想狀態(tài)的太陽(yáng)正面照射相差甚遠(yuǎn),而太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)往往就是高緯度地區(qū),因此嚴(yán)重影響了太陽(yáng)能集熱裝置的集熱效率。
3、集熱裝置目前最成熟的是槽式太陽(yáng)能集熱裝置,采用玻璃反射聚光鏡。這種集熱裝置的太陽(yáng)跟蹤軸(也即聚光鏡的支撐軸)與拋物反射面的焦軸線(xiàn)不重合,這使得聚光鏡在跟蹤太陽(yáng)過(guò)程中集熱管處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),集熱管必須通過(guò)軟質(zhì)引導(dǎo)管或帶活動(dòng)接頭的引導(dǎo)管才能與外部介質(zhì)管道連接,導(dǎo)致介質(zhì)壓力受到很大制約,只能用作一次吸熱介質(zhì)。另外,因受到外部連接管道的牽連,需要消耗較大的跟蹤動(dòng)力。
4、目前所使用的真空集熱管因考慮儲(chǔ)熱,采用導(dǎo)熱油或熔鹽作介質(zhì),其集熱芯管是外部帶有選擇性涂層的簡(jiǎn)單鋼管,不適合水、蒸汽和汽水兩相流作介質(zhì),二次換熱難以避免。
要解決前面所列的問(wèn)題,就必須拋開(kāi)目前的技術(shù)路線(xiàn)思維方式,拓展思維空間。應(yīng)當(dāng)說(shuō)造成這些問(wèn)題的原因是人們被當(dāng)前太陽(yáng)能熱發(fā)電的主導(dǎo)思想所誤導(dǎo),為實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行和提高電能質(zhì)量而過(guò)于追求太陽(yáng)能的儲(chǔ)存技術(shù),花費(fèi)太多的精力和資金研究太陽(yáng)熱能的儲(chǔ)存問(wèn)題,忽視了我們目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)仍然是化石燃料與清潔能源、可再生能源并存的時(shí)代。只要多種能源并存狀況存在,就沒(méi)有必要急于要求熱能的儲(chǔ)存技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,可考慮僅將這種儲(chǔ)能技術(shù)作為技術(shù)儲(chǔ)備,為遙遠(yuǎn)的將來(lái)服務(wù)。
關(guān)于第1個(gè)問(wèn)題,主要有兩個(gè)影響因素,一是必須配有汽輪發(fā)電機(jī)組,二是必須配有儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其二次熱交換裝置。這兩個(gè)因素可以采用以下措施來(lái)解決:一是將太陽(yáng)能熱發(fā)電與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組結(jié)合起來(lái),形成太陽(yáng)能—燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,或者與普通火力發(fā)電機(jī)組結(jié)合起來(lái),在滿(mǎn)足主蒸汽參數(shù)匹配的條件下,使得汽輪發(fā)電機(jī)組成為共用。二是太陽(yáng)能與燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組或普通火力發(fā)電機(jī)組結(jié)合后自然可實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行,電能質(zhì)量也得到提高,因此可徹底拋棄儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其二次熱交換裝置,使得系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化。目前蘇州大禹新能源科技有限公司研發(fā)的技術(shù)可使集熱裝置的出口介質(zhì)達(dá)到次高參數(shù)、高參數(shù)、超高參數(shù)甚至亞臨界參數(shù),滿(mǎn)足主蒸汽參數(shù)的匹配要求。
關(guān)于第2個(gè)問(wèn)題,在第1個(gè)問(wèn)題得到解決后,由于不再需要儲(chǔ)熱系統(tǒng)及二次熱交換裝置,使得一次性投資費(fèi)用大為降低,同時(shí)也減少了集熱裝置的容量裕度,進(jìn)一步降低了集熱裝置的總費(fèi)用。這時(shí)最需要解決的問(wèn)題只剩下降低太陽(yáng)能集熱裝置的造價(jià)。幸運(yùn)的是我們已開(kāi)發(fā)出“以集熱管為轉(zhuǎn)軸的聚光鏡”以及整套集熱裝置,不僅性能優(yōu)良,造價(jià)也已大幅度降低,集熱裝置(含集熱管和自動(dòng)跟蹤裝置)單位造價(jià)已降至1000元/平方米(正面照射面積)。
關(guān)于第3個(gè)問(wèn)題,年設(shè)備利用小時(shí)少是太陽(yáng)能光伏發(fā)電和光熱發(fā)電共同面臨的問(wèn)題,只是光熱發(fā)電更為嚴(yán)重些(除夜晚外,陰、雨、雪天也不能發(fā)電)。解決這一問(wèn)題的方法就是太陽(yáng)能電站地址的合理選擇,即選擇在太陽(yáng)能資源充足的地方建設(shè)電站。只要年光照時(shí)間超過(guò)2500小時(shí),能夠使得年設(shè)備利用小時(shí)數(shù)達(dá)到1800小時(shí),其發(fā)電成本就非常有競(jìng)爭(zhēng)力了,在天然氣價(jià)格大幅上調(diào)的今天,已經(jīng)與常規(guī)清潔能源難分仲伯了。
關(guān)于第4個(gè)問(wèn)題,提高光熱發(fā)電效率一直是需要攻克的技術(shù)難題之一。我們知道,太陽(yáng)能熱發(fā)電效